Fehlerfreier Quantencomputer rückt näher

Jülicher Forschende an zwei aktuellen Nature-Publikationen beteiligt

Jülich, 25. Mai 2022 – Quantencomputer gelten als Rechner der Zukunft. Heutige Systeme sind für die Praxis aber noch zu störanfällig. Ein Team um Prof. Markus Müller vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen hat in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature nun gleich zwei neue Lösungen vorgestellt, die Ergebnisse vor Fehlern schützen sollen. In Zusammenarbeit mit Forschenden aus der Schweiz, Deutschland und Kanada waren sie an der Umsetzung eines Verfahrens auf einem supraleitenden Quantencomputer-Chip beteiligt, das beide grundlegenden Arten von Fehlern korrigieren kann. In einer weiteren Arbeit gelang es ihnen außerdem gemeinsam mit Partnern der Universität Innsbruck erstmals, ein komplettes Set von Rechenoperationen für fehlertolerantes Rechnen auf einem Ionenfallen-Quantencomputer umzusetzen, aus dem sich beliebige Quantenalgorithmen aufbauen lassen.

Quantencomputer sind deutlich anfälliger für Fehler als herkömmliche Rechner. Die Korrektur dieser Fehler ist sehr anspruchsvoll und stellt eine der wesentlichen Herausforderungen auf dem Weg zum praxisreifen Quantencomputer dar. Bisher war es nicht möglich, die verschiedenen auftretenden Fehler gleichzeitig zu erkennen und zu korrigieren. Ein Team um Prof. Andreas Wallraff von der ETH Zürich hat nun das erste experimentelle System vorgestellt, das diese Fehler automatisch in einer Art und Weise ausgleichen kann, die es ermöglicht, Ergebnisse von Quantenoperationen praktisch zu nutzen.

Prof. Markus Müller vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen hat das Team an der ETH Zürich unterstützt und erläutert im Interview, warum man bei dieser Arbeit auch von einem Durchbruch in der Quanten-Fehlerkorrektur sprechen kann.

>> Interview: Forschende in Zürich und Jülich erreichen Meilenstein in Quanten-Fehlerkorrektur

Bausatz für fehlertolerantes Rechnen

In einer weiteren Arbeit, die ebenfalls in der aktuellen Ausgabe des angesehenen Fachjournals Nature erschienen ist, ist es dem Team um Prof. Markus Müller gemeinsam mit Forschenden der Universität Innsbruck gelungen, ein universell einsetzbares Set von Rechenoperationen mit fehlertoleranten Quantenbits auf einem Ionenfallen-Quantencomputer umzusetzen. Die verwendeten logischen Qubits verteilen die Quanteninformation auf mehrere Atome und sind so besser als einzelne Quantenteilchen gegenüber Störungen geschützt.

>> Pressemitteilung: Quantencomputer lernt fehlerfrei Rechnen

Originalpublikationen:

Krinner, S et al.
Realizing Repeated Quantum Error Correction in a Distance-Three Surface Code
Nature (25 May 2022), DOI: 10.1038/s41586-022-04566-8

Lukas Postler, Sascha Heußen, Ivan Pogorelov, Manuel Rispler, Thomas Feldker, Michael Meth, Christian D. Marciniak, Roman Stricker, Martin Ringbauer, Rainer Blatt, Philipp Schindler, Markus Müller, Thomas Monz
Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations
Nature (25 May 2022), DOI: 10.1038/s41586-022-04721-1